玻璃钢

玻璃钢（玻璃纤维、Glass Fiber Reinforced Polymer、GFRP）是一种以合成树脂为粘接剂基体，以玻璃纤维及其制品作增强材料而制成的纤维增强复合材料（FRP），根据其树脂基体材料的不同可分为聚酯[zhǐ]玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等。其生产工艺有手糊成型技术、喷射成型技术等。玻璃钢质轻而硬、不导电、性能稳定、机械强度高、回收利用少、耐腐蚀，其性能参数有抗拉强度、屈服强度、受拉弹性模量、极限伸长、热膨胀系数、密度等。

1942年，美国军方用手糊工艺制成的玻璃钢制作雷达天线罩，玻璃钢首次作为结构材料出现。20世纪50至60年代，玻璃钢开始用于民用建筑和桥梁结构中，均为手糊工艺制成。1961年的一座英国教堂的尖顶采用了玻璃钢；1968年英国工程师用玻璃钢板和铝制骨架建造了一个穹顶、建成一座全玻璃钢折板结构仓库；1970年，英国建成一座玻璃钢连续梁的人行天桥。此后至20世纪末，玻璃钢在工程结构中的应用越来越多，但这些应用大多数都是附属性、临时性的构件，而非作为结构材料使用，其优越性能没有得到充分发挥。20世纪末21世纪初，尤其是美国北岭地震和日本阪神大地震后，玻璃钢等纤维增强复合材料加固补强混凝土结构技术在工程中得到良好应用，随着该技术在世界各地的推广发展，玻璃钢等纤维增强复合材料的优越性能被工程界逐渐认可，开始以各种形式应用于各类土木与建筑结构工程中。20世纪初至今，随着玻璃纤维、合成树脂等原材料产业的发展和各种新技术新设备的涌现，玻璃钢工业得到长足进步，形成了从原材料、成型工艺、成型设备到性能测试等较完整的工业体系。

中国于1958年成功压制第一块玻璃钢板，开始探索在混凝构件中用玻璃纤维束代替钢筋，标志着中国玻璃钢工业正式诞生。此后，玻璃钢在结构工程中的应用与研究逐渐增多。1972年，在云南建造一个直径为44m的球形玻璃钢雷达天线罩；1982年，在北京密云建成一座跨径20.7m的玻璃钢蜂窝箱梁公路桥，是世界上第一座纤维增强复合材料公路桥。20世纪末至今，中国玻璃钢在生产技术、产品种类、生产规模等方面已形成较为完善的工业体系，工艺技术及装备与国际同步，产品种类齐全，标准化体系和研发生产测试体系不断完善，从业人员不断增多，产品应用领域不断扩大。

玻璃钢由玻璃纤维及其制品与合成树脂制成，根据其树脂材料的不同可分为聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等。玻璃钢中玻璃纤维是主要受力材料，高强轻质，性能突出，可提高复合材料低温抗冲击性及刚度，减少聚合物基体的低温收缩；树脂基体将纤维粘结在一起，起到保扩纤维的作用，当复合材料受到载荷时，聚合物基体通过剪切作用均匀的将应力分配给纤维，使纤维受力均匀，形成所需要的制品或构建形状。

玻璃钢形成结构示意图

玻璃钢中玻璃纤维的性能参数有比重、拉伸强度、弹性模量、热胀系数、延伸率、比强度、比模量等；树脂基体的性能参数有热变形温度、拉伸强度、延森率、压缩强度、弯曲强度、弯曲模量等；玻璃钢的性能参数有抗拉强度、屈服强度、受拉弹性模量、极限伸长、热膨胀系数、密度等。

玻璃钢质轻而硬、不导电、性能稳定、机械强度高、回收利用少、耐腐蚀。

聚酯玻璃钢品种很多，是国内使用最多的一个种类，按聚酯品种可分为邻苯型、间苯型、双酚型及丙烯酸型。双酚型及丙烯酸聚酯玻璃钢有较好的耐酸、耐碱性能、不耐氧化性能，使用温度不宜过高。

环氧玻璃钢的物理力学性能、耐腐蚀性能与使用固化剂的品种有密切关系。环氧树脂原始状态粘度低，流动性好，可更好的浸润纤维表面形成完整的结合界面；固化后固化物具有良好的力学性能，粘结强度大，常用作纤维增强复合材料基体材料。研究表明，因MFE-2环氧乙烯基玻璃钢比189不饱和聚酯玻璃钢的酯基密度较低，在海洋环境中具有更好的耐久性。树脂分子链上的酯基在海水环境中会发生水解反应、收紫外光攻击而分解，还会吸附水分子，使分子链断裂，破坏玻璃钢。

研究表明，酚醛玻璃钢密度小，机械强度高，与聚酯玻璃钢相比具有更高的强度、更低的密度、更好的耐高温性能。酚醛玻璃钢燃点较高，属于难燃材料，在剧烈燃烧时表面产生碳化结构阻碍材料进一步燃烧，与聚酯玻璃钢相比防火性能更好、毒性相对更低。

手糊成型技术是用不饱和聚酯、环氧树脂等室温固化的热固性树脂，将玻璃纤维及其织物等增强材料粘结在一起的一种无压或低压成型技术，主要工序是在涂有脱模剂的模具上，交替地刷或喷一层树脂胶液，然后铺一层纤维增强材料，如此重复操作，直至达到产品尺寸要求。

玻璃钢手糊成型技术

自动叠层成型技术可代替手工叠层技术，通过应用先进的控制软件和机器人系统来完成增强材料的浸胶和铺叠。

喷射成型技术是从手糊成型工艺发展而来，利用喷枪将玻璃纤维切断、喷散，使纤维和雾化的树脂胶液在空间混合后，喷射到模具上，然后用压辊[gǔn]压实，固化而得制品。

模压成型技术是将模压料预热、预成型后，装入已预热并涂有脱模剂的模具中，压制后脱模，经过修饰得到成品。片状模塑料和团状模塑料成型工艺是短纤维增强热固性树脂的模压料，成型加工时无须进一步预固化、干燥以去除挥发分或经过其它加工步骤加热模具，在足以使材料能够流动、压实而又不太大的获力条件下模压。

反应注塑成型技术是将液体树脂经过计量混合后注入模具中，在模具中发生化学变化并固化成一定形状的制品 。

拉挤成型技术是将浸渍过树脂胶液的连续玻璃纤维束或布带，通过成型模具模塑成型，在模具中或加热炉中进行固化，在牵引机构拉力作用下，连续拉拔出无限长度的玻璃钢型材的方法。缠绕成型技术是将经过表面处理的连续玻璃纤维合股毛纱或玻璃布带浸渍树脂胶液后，连续地缠绕在模芯上或内衬上，然后经加热固化或常温固化，脱除模芯，即得制品。拉挤——缠绕复合成型技术是在拉挤工艺的固化成型之前的适当环节之间引入缠绕工艺，构成一个以拉挤工艺为主，缠绕工艺为辅的复合材料成型系统。

挤出成型是用双螺杆挤出机，将增强粒料经口模连续挤出并固化成型而得产品。注射成型是将增强粒料通过料筒加热软化后，在一定压力下注射到闭合的模具型腔中固化而成制品。树脂传递模塑成型技术是从注射成型工艺和湿法铺层工艺中演变而来的一种新的复合材料成型技术，是将预促进树脂在一定条件下，注入预先铺设好增强材料的封闭模腔中的玻璃纤维增强塑料成型技术。

玻璃钢可应用于基础工程、建筑与结构、陆上交通运输、船艇、工业设备等领域。

建筑与结构领域中结构加固补强、建筑模板、墙板、配筋混凝土、桥面板、路面等领域对具有轻质、高强、耐腐蚀性能的玻璃钢需求不断增大。

随着交通运输业的发展，玻璃钢在汽车、高铁、地铁上的应用也越来越广泛。其在汽车领域的应用由车身壳体、硬顶、天窗大灯反光板等车身部件逐步向前端支架、保险杠骨架等结构件和发动机气门罩盖、进气歧管等功能件方向发展。高速列车机车车头、车内装修装饰件等部件大多采用玻璃钢材料。随着渔业的发展和现代科技的进步，玻璃钢渔船作为一种新型的船舶材料和设计方式，因其轻量化、耐腐蚀、维护成本低等优点，在渔业领域引起了广泛的关注和应用，逐渐取代传统的金属船体。通常35m以下的船艇选择复合材料做艇体和上部结构；35至100m的船艇选择金属做艇体，上部结构采用复合材料。产品涵盖渔船、游艇、帆船等上百个品种。

玻璃钢作为工业设备材料，产品主要有各类拉挤型材、格栅等。目前中国主要的拉挤产品有门窗、格栅型材、梯子、电缆桥架等，产品已出口欧洲、美国等地区，成套技术与设备已出口澳大利亚、南非等地区。

玻璃钢格栅

管、罐制品为基础工程领域的典型代表，中国已经具备玻璃钢FW工艺管、夹砂管、高压管的全套生产技术，玻璃钢顶管制造关键技术与施工技术满足了城市改造的需要。

玻璃钢管道

节能减排和海洋开发工作对众多工业建筑结构的耐腐蚀性能、产品轻量化提出更高要求；灾害频发、紧急情况频现对应急工程结构提出更快、更强的要求。这些性能改进以及需求增加，将推动玻璃钢在防控防爆、防腐结构、特种结构、大跨、高层、悬索结构、桥梁结构、建筑外墙、保温装饰、海洋工程、水利工程和交通工程中的应用。2023年6月28日，农业农村部渔业渔政管理局发布的《2022全国渔业经济统计公报》显示，中国有渔船51.1万艘，玻璃钢渔船占比2%，玻璃钢渔船体量较小，还未面临报废和拆解的环保挑战，但随着中国玻璃钢渔船大型化与数量增长，将带来环境污染与资源浪费问题。玻璃钢报废渔船的不正当处置所带来的环境污染风险，也许会成为影响玻璃钢渔船推广应用的一大硬伤。废旧玻璃钢的回收是一个跨领域的挑战，需推行全生命周期管理，加大政府政策支持，紧密联系纤维复合材料产业链上、下游企业和科研初构，加大研发复合废料高值化回收技术的力度，实现对我国纤维复合材料报废产品、服役期满产品、边角废料等的高值化回收利用及产业化推厂。适应量产、快速成型、环保要求的热塑性复合材料不断发展，使用玻璃钢等相关材料替代传统钢铁材料以实现汽车轻量化，在汽车应用上的不断加大。全球趋势下，原辅材料朝着高性能化方向发展已成为行业发展的趋势和要求，将推动中国玻璃钢行业技术进步、装备升级,不断开发出高性能复合材料产品，带动整个行业的发展。